強化ゴムの超音波調製

• 強化ゴムは、より高い引張強度、伸び、耐摩耗性と、より優れた耐老化性を示します。
• 所望の材料特性を得るには、カーボンブラック（例：CNTs、MWNTs）、グラフェン、シリカなどの充填剤をマトリックス中に均一に分散させる必要があります。
• 高出力超音波は、高い補強特性を持つ単分散ナノ粒子の優れた分布品質を実現します。

超音波分散

超音波は粒子やチューブの分離と機能化を大幅に促進するため、単分散ナノ粒子やナノチューブなどのナノ材料の分散に広く用いられています。
超音波分散装置は、 キャビテーション と強いせん断力を発生させ、ナノ粒子やナノチューブを破砕、解凝集し、絡み合いを解いて分散させます。超音波処理の強度は精密に調整・制御できるため、ナノ材料の濃度、凝集、配向・絡み合いを考慮し、超音波処理パラメータを最適に適合させることができます。これにより、各材料固有の要件に応じてナノ材料を最適に処理できます。個別に調整した超音波処理パラメータによる最適な分散条件は、ナノ添加剤とナノ充填剤の優れた補強特性を備えた、高品質な最終ゴムナノ複合材料をもたらします。
超音波の優れた分散品質と、それによって得られる均一な分散により、ごく低い充填剤配合量でも優れた材料特性を得ることができます。

超音波によるカーボンブラック強化ゴム

カーボンブラックは、ゴム材料に耐摩耗性と引張強度を付与する、ゴム、特にタイヤにおける最も重要な充填剤のひとつです。カーボンブラック粒子は、均一な分散が難しい凝集体を非常に形成しやすい傾向があります。カーボンブラックは、塗料、エナメル、印刷インク、ナイロンやプラスチックの着色剤、ラテックス混合物、ワックス混合物、写真用コーティングなどに広く使用されています。
超音波分散により、解凝集と均一な混合が可能になり、粒子の非常に高い単分散性が得られます。
強化複合材料の超音波分散について詳しくはこちらをご覧ください！

超音波によるCNT / MWCNT強化ゴム

超音波ホモジナイザーは、プロセスや材料の要件に合わせて精密に制御・調整できる強力な分散システムです。MWNTsやSWNTsなどのナノチューブを分散させる際には、損傷（例えば切断）を与えずに絡み合いを解き、個々のチューブに分離する必要があるため、超音波処理パラメータの精密な制御が特に重要です。損傷のないナノチューブは高いアスペクト比（最大132,000,000:1）を持つため、複合材料に配合すると卓越した強度と剛性を付与します。強力かつ精密に調整された超音波処理は、ファンデルワールス力を克服してナノチューブを分散させ、絡み合いを解くことで、卓越した引張強度と弾性率を備えた高性能ゴム材料をもたらします。
さらに、 超音波機能化 は、多様な用途に利用できる所望の特性を得るために、カーボンナノチューブの改質に用いられます。

超音波によるナノシリカ強化ゴム

超音波分散装置は、ゴムポリマー溶液中でシリカ（SiO₂）ナノ粒子の非常に均一な粒子分布を実現します。シリカ（SiO₂）ナノ粒子は、重合したスチレン・ブタジエンやその他のゴム中に、単分散粒子として均一に分布させる必要があります。単分散のナノSiO₂ は補強剤として作用し、靭性、強度、伸び、曲げ性能、耐老化性能を大幅に向上させます。ナノ粒子では、粒径が小さいほど粒子の比表面積が大きくなります。表面積／体積（S/V）比が高いほど、より優れた構造的効果と補強効果が得られ、ゴム製品の引張強度と硬度が高まります。
シリカナノ粒子の超音波分散では、プロセスパラメータを正確に制御できるため、球状の形態、精密に調整された粒径、非常に狭い粒径分布が得られます。
超音波で分散させたシリカは、それによって強化されたゴムに最高の材料性能をもたらします。
超音波分散について詳しくはこちらをご覧ください：SiO₂!

補強添加剤の超音波分散

超音波処理は、他の多くのナノ粒子材料を分散させ、ゴム複合材料の弾性率、引張強度、疲労特性を向上させることが実証されています。充填剤や補強添加剤の粒径、形状、表面積、表面活性はその性能を左右するため、強力で信頼性の高い超音波分散装置は、マイクロサイズおよびナノサイズの粒子をゴム製品に配合する際に最も頻繁に用いられる方法のひとつです。
超音波処理により、均一に分布した粒子または単分散粒子としてゴムマトリックスに組み込まれる代表的な添加剤と充填剤には、炭酸カルシウム、カオリン粘土、フュームドシリカ、沈降シリカ、酸化グラファイト、グラフェン、マイカ、タルク、重晶石、珪灰石、沈降ケイ酸塩、フュームドシリカ、珪藻土があります。
オレイン酸で機能化したTiO₂ ナノ粒子をスチレン・ブタジエンゴム中に超音波で分散させると、ごく少量のoleic-SiO₂ でも、弾性率、引張強度、疲労特性が大幅に向上し、光劣化と熱劣化に対する保護剤として作用します。

• アルミナ三水和物（Al₂O₃）は、難燃剤として、熱伝導率の向上のため、また耐トラッキング性と耐エロージョン性のために添加されます。
• 酸化亜鉛（ZnO）充填剤は、比誘電率と熱伝導率を高めます。
• 二酸化チタン（TiO₂）は、熱伝導率と電気伝導率を向上させます。
• 炭酸カルシウム（CaCO₃）は、機械的特性、レオロジー特性、難燃特性を持つため、添加剤として使用されます。
• チタン酸バリウム（BaTiO₃）は、熱安定性を高めます。
• グラフェン と酸化グラフェン（GO）は、優れた機械的、電気的、熱的、光学的材料特性を付与します。
• カーボンナノチューブ （CNTs）は、引張強度、電気伝導率、熱伝導率などの機械的特性を大幅に向上させます。
• 多層カーボンナノチューブ（MWNTs）は、ヤング率と降伏強度を向上させます。例えば、エポキシにわずか1 wt.%のMWNTsを配合するだけで、純粋なマトリックスと比較して、ヤング率と降伏強度がそれぞれ100%と200%増加します。
• 単層カーボンナノチューブ （SWNTs）は、機械的特性と熱伝導率を向上させます。
• カーボンナノファイバー（CNF）は、強度、耐熱性、耐久性を付与します。
• ニッケル、鉄、銅、亜鉛、アルミニウム、 銀 などの金属ナノ粒子は、電気伝導率と熱伝導率を向上させるために添加されます。
• 有機ナノ材料である モンモリロナイト などは、機械的特性と難燃特性を向上させます。

超音波分散システム

Hielscher Ultrasonicsは、幅広い超音波装置を提供しています – 実現可能性試験用の小型卓上システムから、高負荷対応の 産業用超音波処理装置 までを取り揃えており、出力は最大 一台当たり16kWです。出力、信頼性、精密な制御性、そして堅牢性により、Hielscherの超音波分散システムは、マイクロメートルサイズおよびナノサイズの粒子を含む配合物の生産ラインで「主力」となっています。当社の超音波処理装置は、水系および溶媒系の分散液を、 高粘度（最大10,000cp） に至るまで容易に処理できます。さまざまなソノトロード（超音波ホーン）、ブースター（振幅増幅器／減衰器）、フローセル形状、その他のアクセサリーにより、製品とそのプロセス要件に超音波分散装置を最適に適合させることができます。
Hielscher Ultrasonicsの産業用超音波プロセッサーは、非常に 高い振幅を実現できます。最大200µmの振幅で、直ちに24/7の連続運転を行えます。さらに高い振幅には、カスタマイズされた超音波ソノトロードをご用意しています。Hielscherの超音波装置の堅牢性は、 24/7 の連続運転を、 高負荷条件 や過酷な環境で可能にします。Hielscherの超音波分散装置は、大規模な商業生産のために世界中に設置されています。